CN111334782A - 半导体设备及其电极装置 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供了一种半导体设备及其电极装置。该电极装置设置于工艺腔室内,包括:包括:载台、叉指结构及指套;载台用于承载晶圆,且载台上开设有多个容置槽;叉指结构包括旋转盘及与旋转盘连接的多组叉指,任意一组所述叉指配合承载晶圆;每组叉指包括两个叉指,多个叉指沿周向排布于旋转盘的外周上,且叉指沿旋转盘的径向延伸设置;一个指套包裹一个叉指,且指套为导体,叉指为绝缘体;旋转盘受驱动旋转以及或者升降,以此驱动各叉指容置于各容置槽内,并且带动晶圆移动。本申请实施例提高了晶圆成膜的沉积速率及良品率。

Description

半导体设备及其电极装置
技术领域
本申请涉及半导体加工技术领域,具体而言,本申请涉及一种半导体设备及其电极装置。
背景技术
目前,等离子体增强化学的气相沉积(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition,PECVD)设备为一种增强型等离子体气相沉积设备,是普遍用于发光二极管(Light Emitting Diode,LED)、微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)、POWER(Performance Optimization With Enhanced RISC,POWER)系列处理器及集成电路(IC)等相关领域的一种薄膜沉积设备,主要应用是在晶圆(Wafer)表面沉积一层SiO2或SiNx或SiON薄膜,目前该种设备已经大量应用在相关半导体领域。
在半导体工艺设备中,转盘多站式工艺腔室是一种具有很高生产效率的设备构架。其中下电极(或加热器)上有多个圆周均匀分布的晶圆工位,每个工位上都有容纳叉指的凹槽;叉指结构包括有转盘,具有升降和旋转的动作功能,叉指对应每个晶圆工位,叉指后端固定在转盘上,在转盘降下时叉指能落入下电极上的凹槽内,从而将晶圆放到下电极上;在整个工艺过程中,晶圆在叉指结构依次转过每个工位接受相应的工艺处理。
现有技术中由于叉指结构与下电极的两种材料电性的巨大差异必然会导致电场分布的明显变化,通过电场仿真可以发现叉指会造成明显的电场突变,这种异常的电场突变使晶圆上对应叉指区域的工艺结果变差,造成工艺均匀性恶化。另外叉指结构还会导致其附近的晶圆沉积速率慢是,其原因在于该位置处等离子体和下电极之间形成的电容较其他位置存在明显差异,导致等离子体和晶圆表面之间的电流密度差异,从而影响了沉积速率。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点,提出一种半导体设备及其电极装置,用以解决现有技术存在工艺均匀性恶化以及沉积速率慢的技术问题。
第一个方面,本申请实施例提供了一种半导体设备的电极装置,设置于工艺腔室内,包括:载台、叉指结构及指套;所述载台用于承载晶圆,且所述载台上开设有多个容置槽;所述叉指结构包括旋转盘及与所述旋转盘连接的多组叉指,任意一组所述叉指配合承载晶圆;每组所述叉指包括两个叉指,多个所述叉指沿周向排布于所述旋转盘的外周上,且所述叉指沿所述旋转盘的径向延伸设置;一个所述指套包裹一个所述叉指,且所述指套为导体,所述叉指为绝缘体;所述旋转盘受驱动旋转以及或者升降,以此驱动各所述叉指容置于各所述容置槽内,并且带动所述晶圆移动。
于本申请的一实施例中,所述指套与所述容置槽之间设置有导电的柔性垫,所述柔性垫设置于所述叉指底部,或者设置于所述容置槽的底部。
于本申请的一实施例中,所述柔性垫为螺线管状的金属软管,或者所述柔性垫为金属网状的弹性结构。
于本申请的一实施例中,所述容置槽的内表面还设置有导电层。
于本申请的一实施例中,导电层为设置于容置槽内的镀镍层或者氧化导电层
于本申请的一实施例中,所述指套的侧壁厚度为0.5毫米至2毫米。
于本申请的一实施例中,当各所述叉指位于各所述容置槽内时,所述指套的上表面与所述载台的顶面平齐,或者所述指套的上表面低于所述载台的顶面,并且所述上表面距离载台的顶面之间具有第一间距。
于本申请的一实施例中,所述第一间距的尺寸小于0.05毫米,或者第一间距的尺寸小于所述晶圆厚度尺寸的十分之一。
于本申请的一实施例中,所述指套的侧面与所述容置槽侧壁之间具有第二间距,且所述第二间距的尺寸为0.1毫米至0.2毫米之间。
第二个方面,本申请实施例提供了一种半导体设备,包括如第一个方面提供的半导体设备的电极装置。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是:
本申请实施例通过在叉指上套设有导电材料制成的指套,由于指套可以消除晶圆表面的不同位置与等离子体之间的电容差异,即消除了晶圆表面与叉指对应的位置,以及晶圆表面与载台对应的位置与等离子体之间的电容差异,从而获得优异的成膜均匀性;在叉指外加金属材料的指套,不仅可以加强叉指的机械结构的强度,而且能够实现电磁场的连续性,从而提高了晶圆成膜的沉积速率及良品率,进而提高了应用本申请实施例电极装置的晶圆的工艺性能。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,这些将从下面的描述中变得明显,或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为本申请实施例提供的一种半导体设备的电极装置的俯视示意图;
图2为本申请实施例提供的一种半导体设备的电极装置的局部剖视示意图;
图3为本申请实施例提供的一种半导体设备的电极装置的另一角度的局部剖视示意图。
图4为应用本申请实施例的电极装置执行处理工艺后的晶圆成膜效果示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请,本申请的实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外,如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的,则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本申请,而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语),具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语,应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样被特定定义,否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
本申请实施例提供了一种半导体设备的电极装置,该电极装置的结构示意图如图1所示,包括:载台1、叉指结构2及指套3;载台1用于承载晶圆100,且载台1上开设有多个容置槽12;叉指结构2包括旋转盘21及多组叉指22,任意一组叉指配合承载晶圆100,每组叉指包括两个叉指22,多个叉指22沿周向排布于旋转盘21的外周上,且叉指22沿旋转盘21的径向延伸设置;一个指套3包覆于一个叉指22外侧,且指套3为导体,叉指22为绝缘体;旋转盘21受驱动旋转、升降或者旋转的同时升降,以此驱动各叉指22容置于各容置槽12内,并且带动晶圆100移动。
如图1及图2所示,载台1可以是电极或者加热器等构件,因此其可以采用导电材质制成。载台1用于在执行处理工艺时承载晶圆100,载台1上可以设置有六个用于承载晶圆100的承载工位13,并且每个承载工位13上均对应设置有两个容置槽12。叉指结构2可升降的地设置于载台1的上方,其可以相对于载台1沿竖直方向上升或下降。叉指结构2包括在旋转盘21及沿旋转盘21圆周方向设置于的多组叉指,每组叉指包括两个叉指22,即两个叉指22与一个承载工位13对应,并且两个叉指22分别对应该承载工位13的两个容置槽12。两个叉指22的前端不能是闭合结构,必须开放以便机械手臂进入。叉指结构2不仅要耐高温,还需要在高温下保持较高的刚度,因此叉指22一般都采用陶瓷材料制成。每个叉指22的外侧均设置导电材质制成的指套3,该指套3可以采用与载台1相同的材质制成,例如指套3与载台1均可以采用铝材质制成,指套3能有效提高叉指22机械强度,而且够实现电磁场的连续性,从而提高晶圆表面成膜的均匀性,具体可以参照如图4所示,图4为采用本申请实施例的电极装置对蓝宝石衬底执行处理工艺后的成膜效果示意图。
本申请实施例的具体工作状态说明如下:首先旋转盘21位于载台1上时,多个叉指22分别位于多个容置槽12内,晶圆100可以位于载台1上执行处理工艺;之后旋转盘21可以在驱动器(图中未示出)的驱动下带动叉指22垂直升起,将晶圆100托起到一定高度,使晶圆100脱离载台1,然后旋转盘21在驱动器的驱动下顺时针转动至一个新的承载工位13,将晶圆100传递到新的承载工位13上,最后旋转盘21垂直落下,叉指22落入新的承载工位13的容置槽12内,将晶圆100放置到载台1上以执行下一道处理工艺,如此循环就实现了流水线式的多站生产方式。
本申请实施例通过在叉指上套设有导电材料制成的指套,由于指套可以消除晶圆表面的不同位置与等离子体之间的电容差异,即消除了晶圆表面与叉指对应的位置,以及晶圆表面与载台对应的位置与等离子体之间的电容差异,从而获得优异的成膜均匀性;在叉指外加金属材料的指套,不仅可以加强叉指的机械结构的强度,而且能够实现电磁场的连续性,从而提高了晶圆成膜的沉积速率及良品率,进而提高了应用本申请实施例电极装置的晶圆的工艺性能。
于本申请的一实施例中,如图2所示,指套3与容置槽12之间设置有导电的柔性垫4,柔性垫4设置于叉指22底部,或者设置于容置槽12的底部。可选地,柔性垫4为螺线管状的金属软管,或者柔性垫4为金属网状的弹性结构。指套3和载台1在导电的柔性垫4作用下使得指套3和载台1相导通,因此叉指22和载台1处于等电势状态,当工艺腔室内部产生等离子体后,等离子体和载台1的顶面之间的距离和等离子体与叉指22表面形成的距离基本一致,使得载台1的整体上表面的电场处于一致状态,因此使得载台1与叉指22同等离子体之间的电势差一致,从而保证了沉积速率的一致性,进而有效提高应用本申请实施例电极装置的晶圆工艺性能。另外由于柔性垫4的柔性作用,可以有效减少叉指22与容置槽12之间硬性接触,从而防止晶圆100发生振动而发生损坏,从而有效提高本申请实施例的成品率。
于本申请的一实施例中,如图2所示,容置槽12的内表面还设置有导电层(图中未示出)。可选地,导电层为设置于容置槽12内的镀镍层或者氧化导电层。采用上述设计,可以进一步提高载台1与指套3之间的导电性能,从而进一步载台1上表面的电场一致性,以进一步提高载台1及叉指22与等离子体之间电势差保持一致性,从而进一步提高沉积速率及沉积的良品率。于本申请的一实施例中,指套3的底面也可以设置上述实施例中的导电层,该导电层可以采用与上述实施例中相同类型的导电层,从而进一步提高载台1与指套3之间的导电性能,但是本申请实施例并不以此为限
于本申请的一实施例中,如图3所示,指套3的侧壁厚度为0.5毫米至2毫米。指套3套设于叉指22的外周,由于指套3厚度较小长时间使用会缩短使用寿命,而指套3的厚度过厚会造成其热形变严重,从而导致叉指22过细引起断裂。因此指套3的侧壁厚度D为可以为0.5毫米至2毫米之间,例如厚度D可以是0.5毫米、0.7毫米、0.9毫米、1.3毫米、1.6毫米、1.7毫米及2毫米等。因此本申请对于指套3的厚度并不限定,本领域技术人员可以根据晶圆100不同的处理工艺自行调整设置。
于本申请的一实施例中,如2至图3所示,当各叉指22位于各容置槽12内时,指套3的上表面与载台1的顶面平齐,或者指套3的上表面低于载台1的顶面,并且上表面距离载台1的顶面之间具有第一间距。可选地,第一间距的尺寸小于0.05毫米,或者第一间距的尺寸小于晶圆100厚度尺寸的十分之一。当旋转盘21位于第一位置时,容置槽12的内径大于套设有指套3的叉指22的外径,并且指套3的上表面可以低于载台1的顶面,并且上表面可以距载台1的顶面之间具有第一间距D1,该第一间距D1的尺寸小于0.05毫米,或者第一间距D1的尺寸小于待承载的晶圆100厚度尺寸的十分之一,即该第一间距D1的尺寸可以对应其待承载的晶圆100厚度进行设置,但是本申请实施例并不以此为限。采用上述设计,可以避免晶圆100与指套3的上表面距离过大,从而引起晶圆100与叉指22对应的表面,以及晶圆100与载台对应表面处的电容差异过大,指套3无法起到有效的屏蔽作用,从而可以提高晶圆的沉积效率及良品率。
于本申请的一实施例中,如图3所示,指套3的侧面与容置槽12侧壁之间具有第二间距,且第二间距的尺寸为0.1毫米至0.2毫米之间。指套3的侧面与容置槽12的侧壁之间具有第二间距D2,当第二间距D2距离过大时无法起到屏蔽作用,而当第二间距D2的距离过小时由于叉指22和指套3的材料不同,两者在高温状态下热膨胀不一致,会导致指套3与容置槽12内形成过盈配合导致叉指22无法有效降落。因此采用上述设计,可以有效避免叉指22及指套3与容置槽12之间发生干涉,从而使得本申请实施例设计合理,并且能有效降低故障率。需要说明的是,指套3的两个侧面与容置槽12的两个侧壁之间均具有第二间距D2,即指套3与容置槽12采用对称结构,而指套与容置槽12的底面之间设置有柔性垫4以避免指套3与容置槽之间硬性接触,能有效降低本申请实施例的故障率,并且还可以有效指高叉指22的寿命。
基于同一发明构思,本申请实施例提供了一种半导体设备,包括如上述实施任提供的半导体设备的电极装置。
应用本申请实施例,至少能够实现如下有益效果:
本申请实施例通过在叉指上套设有导电材料制成的指套,由于指套可以消除晶圆表面的不同位置与等离子体之间的电容差异,即消除了晶圆表面与叉指对应的位置,以及晶圆表面与载台对应的位置与等离子体之间的电容差异,从而获得优异的成膜均匀性;在叉指外加金属材料的指套,不仅可以加强叉指的机械结构的强度,而且能够实现电磁场的连续性,从而提高了晶圆成膜的沉积速率及良品率,进而提高了应用本申请实施例电极装置的晶圆的工艺性能。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中,具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅是本申请的部分实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体设备的电极装置,设置于工艺腔室内,其特征在于,包括:载台、叉指结构及指套;
所述载台用于承载晶圆,且所述载台上开设有多个容置槽;
所述叉指结构包括旋转盘及与所述旋转盘连接的多组叉指,任意一组所述叉指配合承载晶圆;每组所述叉指包括两个叉指,多个所述叉指沿周向排布于所述旋转盘的外周上,且所述叉指沿所述旋转盘的径向延伸设置;
一个所述指套包裹一个所述叉指,且所述指套为导体,所述叉指为绝缘体;
所述旋转盘受驱动旋转以及或者升降,以此驱动各所述叉指容置于各所述容置槽内,并且带动所述晶圆移动。
2.如权利要求1所述电极装置,其特征在于,所述指套与所述容置槽之间设置有导电的柔性垫,所述柔性垫设置于所述叉指底部,或者设置于所述容置槽的底部。
3.如权利要求2所述的电极装置,其特征在于,所述柔性垫为螺线管状的金属软管,或者所述柔性垫为金属网状的弹性结构。
4.如权利要求1所述的电极装置,其特征在于,所述容置槽的内表面还设置有导电层。
5.如权利要求4所述的电极装置,其特征在于,导电层为设置于容置槽内的镀镍层或者氧化导电层。
6.如权利要求1所述的电极装置,其特征在于,所述指套的侧壁厚度为0.5毫米至2毫米。
7.如权利要求1所述的电极装置,其特征在于,当各所述叉指位于各所述容置槽内时,所述指套的上表面与所述载台的顶面平齐,或者所述指套的上表面低于所述载台的顶面,并且所述上表面距离载台的顶面之间具有第一间距。
8.如权利要求7所述的电极装置,其特征在于,所述第一间距的尺寸小于0.05毫米,或者第一间距的尺寸小于所述晶圆厚度尺寸的十分之一。
9.如权利要求1所述的电极装置,其特征在于,所述指套的侧面与所述容置槽侧壁之间具有第二间距,且所述第二间距的尺寸为0.1毫米至0.2毫米之间。
10.一种半导体设备,其特征在于,包括如权利要求1至9的任一所述的半导体设备的电极装置。
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